选修四4.1原电池

选修（四）化学反应原理

第四章电化学基础

电化学：研究化学能与电能之间相互转换的装置、过程和效率的科学。2.借助电流而发生反应及装置(如:电解池)1.产生电流的化学反应及装置(如:原电池等)分类：（按电化学反应过程及装置分）第1节：原电池一、知识回顾

化学能转变为电能的装置1、原电池定义：2、原电池的组成：“两极一液一线”①有两种活泼性不同的金属（或一种是非金属

单质或金属氧化物）作电极。

②电极材料均插入电解质溶液中。③两极相连形成闭合电路。

（1）内部条件：能自发进行氧化还原反应；（2）外部条件：构成原电池的条件：讨论1：以下哪些装置可以形成原电池？CuSO4溶液ZnCuA

稀硫酸FeFeBNaOH溶液MgAlE稀硫酸稀硫酸ZnCuF

纯酒精FeCGKOH溶液DH2O2PtPtNaCl溶液FeCC3、原电池的工作原理：电极电极材料电极反应反应类型总反应锌片Zn-2e-=Zn2+

氧化反应铜片2H++2e-=H2↑还原反应电子由锌片经外电路流向铜片负极正极Zn+2H+=Zn2++H2↑（负极正极）电子流向：①负极上还原性较强的物质失去电子发生氧化反应，②电子从负极经外电路流向正极，③正极上氧化性较强的物质得到电子发生还原反应。CuZn---Zn2+H+H+SO42-Ae-原电池的工作原理示意图：4、电极反应式的书写方法(2)复杂反应式的书写(1)一般电极反应式的书写5、原电池正负极判断1.由组成原电池的电极材料判断一般：负极－

的金属正极－

的金属或

导体，以及某些金属氧化物可以理解成：

与电解质溶液反应

练习：Mg-Al-H2SO4中

是正极，

是负极

Mg-Al-NaOH中

是正极

是负极MgAlAlMg

活泼性较强活泼性较弱非金属负极1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子（电流）流动的方向判断电子－－由

流出，流入

；电流－－由

流出，流入

。负极正极正极负极1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子（电流）流动的方向判断3.根据电极反应类型判断负极－－

电子，发生

反应正极－－

电子，发生

反应失得氧化还原1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子（电流）流动的方向判断

3.根据电极反应类型判断

4.根据电解质溶液离子移动的方向判断阴离子－向

极移动（负极带正电荷）阳离子－向

极移动（正极带负电荷）

负正1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子（电流）流动的方向判断

3.根据电极反应类型判断

4.根据电解质溶液离子移动的方向判断

5.根据电极现象来判断负极－－

；正极－－

；牺牲、溶解增重、气泡1.由组成原电池的电极材料判断2.根据电子（电流）流动的方向判断3.根据电极反应类型判断4.根据电解质溶液离子移动的方向判断

5.根据电极现象来判断

6.燃料电池中燃料在

反应氧化剂在

反应

负极正极1、理论上应看到只在铜片上有大量气泡，而实际上锌片上也有大量气泡产生，这是什么原因导致的呢？2、实验发现该装置不能提供持续稳定的电流，为什么？3、如何设计实验来避免和克服1和2中的问题呢？【交流·研讨】如何改进原电池装置？盐桥的作用：（1）形成闭合回路；（2）平衡电荷。CuSO4

CuZnAZnSO4溶液CuSO4溶液ZnCu？A改进盐桥中装有饱和的KCl溶液和琼脂制成的胶冻，胶冻的作用是防止管中溶液流出。【观察与思考】改进后的原电池装置有哪些优点？2、提高了能量转化率（化学能→电能）；3、能够防止装置中化学能的自动释放（自放电）；1、能够产生持续稳定的电流；【启示】氧化剂和还原剂不直接接触也能发生反应。基于盐桥的作用，可以对上述原电池装置加以改进设计成化学电源。把氧化反应和还原反应分开在不同区域进行，再以适当方式连接，可以获得电流。注：①在这类电池中，用还原性较强的物质作为负极，负极向外电路提供电子；用氧化性较强的物质作为正极，正极从外电路得到电子。②在原电池的内部，两极浸在电解质溶液中，并通过阴阳离子的定向运动而形成内电路。③用导线和盐桥分别将两个半电池连接在一起二、由两个半电池组成原电池的工作原理

【练习】根据反应：Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu设计一个原电池装置，标出电极材料和电解质溶液,写出电极反应方程式.

CuSO4

溶液ZnSO4ZnCuCuSO4A负极:Zn－2e-=Zn2+正极:Cu2++2e-=Cu设计盐桥原电池的思路：Zn+2Ag+=Zn2++2Ag1、根据氧化还原反应电子转移判断电极反应。2、根据电极反应确定合适的电极材料和电解质溶液；3、外电路用导线连通，可以接用电器；4、内电路是将电极浸入电解质溶液中，并通过盐桥沟通内电路。1.利用反应Zn+2FeCl3=2FeCl2+ZnCl2

，设计出两种原电池，画出原电池的示意图，并写出电极反应方程式。(+)(-)

GZnPtFeCl3溶液负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Pt或C）：2Fe3++2e-=2Fe2+（还原反应）(+)(-)ZnCl2溶液FeCl3溶液盐桥G

Zn

C负极（Zn）：Zn-2e-=Zn2+（氧化反应）正极（Pt或C）：2Fe3++2e-=2Fe2+（还原反应）【巩固练习】2.(07海南化学卷14)依据氧化还原反应：2Ag+(aq)+Cu(s)==Cu2+(aq)+2Ag(s)设计的原电池如图所示。请回答下列问题：(1)电极X的材料是

，电解质溶液Y是

；(2)银电极为电池的

极，发生的电极反应为

；X电极上发生的电极反为

；(3)外电路中的电子是从

电极流向

电极。CU铜银正AgNO3溶液2Ag+2e=2Ag+-Cu-2e=Cu-2+3.（08广东卷）用铜片、银片、Cu(NO3)2溶液、AgNO3溶液、导线和盐桥（装有琼脂-KNO3的U型管）构成一个原电池。以下有关该原电池的叙述正确的是（）①在外电路中，电流由铜电极流向银电极；②正极反应为：Ag++e-=Ag；③实验过程中取出盐桥，原电池仍继续工作；④将铜片浸入AgNO3溶液中发生的化学反应与该原电池反应相同。

A①② B．②③ C．②④D．③④C1.利用原电池原理设计新型化学电池；2.改变化学反应速率，如实验室用粗锌与硫酸反应制取氢气；3.进行金属活动性强弱比较；4.电化学保护法，即将金属作为原电池的正极而受到保护。如在铁器表面镀锌。三、原电池原理的主要应用：5.解释某些化学现象。1、比较金属活动性强弱。例1：

下列叙述中，可以说明金属甲比乙活泼性强的是（）C.将甲乙作电极组成原电池时甲是负极；A.甲和乙用导线连接插入稀盐酸溶液中，乙溶解，甲上有H2气放出B.在氧化–还原反应中，甲比乙失去的电子多；D.同价态的阳离子，甲比乙的氧化性强；

C当两种金属构成原电池时，总是活泼的金属作负极而被腐蚀，所以先被腐蚀的金属活泼性较强。例2：把a、b、c、d四块金属浸入稀硫酸中，用导线两两相连组成原电池。若:

a、b相连时，a为负极；

c、d相连时，电流由d到c；a、c相连时，c极产生大量气泡，

b、d相连时，溶液中的阳离子向b极移动。则四种金属的活泼性顺序为：

。a＞c＞d＞ba＞bc＞d

a＞cd＞b2、比较反应速率例3：下列制氢气的反应速率最快的是（）粗锌和1mol/L盐酸；B.A.纯锌和1mol/L硫酸；纯锌和18mol/L硫酸；C.粗锌和1mol/L硫酸的反应中加入几滴CuSO4溶液。D.D当形成原电池之后，反应速率加快，如实验室制H2时,纯Zn反应不如粗Zn跟酸作用的速率快。3、比较金属腐蚀的快慢在某些特殊的场所,金属的电化腐蚀是不可避免的,如轮船在海中航行时,为了保护轮船不被腐蚀，可以在轮船上焊上一些活泼性比铁更强的金属如Zn。这样构成的原电池Zn为负极而Fe为正极，从而防止铁的腐蚀。例4：下列装置中四块相同的Zn片，放置一段时间后腐蚀速率由慢到快的顺序是(4)(2)(1)(3)4、判断溶液pH值变化在Cu-Zn原电池中，200mLH2SO4溶液的浓度为0.125mol/L,若工作一段时间后，从装置中共收集到0.168L升气体，则流过导线的电子为

mol,溶液的pH值变_________？（溶液体积变化忽略不计）例5：0.2解得：y

＝0.015(mol)x＝0.015(mol)＝＝3.75×10﹣4(mol/L)∴pH＝-lg（3.75×10－4）＝4-lg3.75答：……－0.0150.2×0.125×2c(H+)余∴根据电极反应：正极：负极：Zn－2e-＝Zn2+2H++2e-

＝H2↑得：2222.4x

y0.168解：2H+——

2e-——H2↑大

0.0155、原电池原理的综合应用例6：市场上出售的“热敷袋”的主要成分为铁屑、炭粉、木屑、少量氯化钠和水等。“热敷袋”启用之前用塑料袋使其与空气隔绝，启用时，打开塑料袋轻轻揉搓就会放出热量。使用完后，会发现有大量铁锈存在。“热敷袋”是利用

放出热量。2)炭粉的主要作用是

。3)加入氯化钠的主要作用是

。4)木屑的作用是